Deze muizen hebben geen moeder, maar twee vaders

Onderzoekers van de Shanghai Jiao Tong University zijn erin geslaagd muizen te kweken uit alleen vaderlijk dna. De embryo’s ontstonden door het samensmelten van twee zaadcellen, in plaats van een zaadcel en een eicel. Meestal gaan zulke embryo’s met ouders van één geslacht heel snel dood, maar de Chinezen ontdekten een manier om dat te omzeilen. Hun studie verscheen maandag in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.

Dieren met alleen vaders bestaan in de natuur niet. Soms gebeurt het wel dat moederdieren jongen krijgen met alleen hun eigen genetische materiaal. Dit verschijnsel heet parthenogenese en treedt op bij bepaalde insecten, vissen, reptielen en amfibieën. De eicel is dan niet bevrucht, maar groeit toch uit tot een embryo met twee sets chromosomen. Normaal gesproken is één zo’n set afkomstig van de vader en een van de moeder. Feitelijk gaat er bij parthenogenese iets mis: het celmechanisme dat die ontwikkeling uit één ouder normaal tegenhoudt, doet zijn werk niet. Voor de genetische diversiteit – en daarmee de weerbaarheid – van het nageslacht is het meestal beter als er twee verschillende ouders zijn. Maar soms is parthenogenese evolutionair toch handig, bijvoorbeeld bij gebrek aan partners.

Aan- en uitzetten van genen

Dat controlerende celmechanisme berust op zogeheten epigenetica: het aan- en uitzetten van specifieke genen. Dat gebeurt dankzij bepaalde molecuulgroepen die wel of niet aan het dna kunnen ‘aanhaken’, waardoor een gen wel of niet kan worden afgelezen. De epigenetica stuurt onder meer welke cellen uitgroeien tot welke weefsels.

„In eerdere studies is het al wel gelukt om uit twee haploïde stamcellen – stamcellen met elk maar één set dna – embryo’s en zelfs volwassen muizen te kweken”, vertelt Bart Gadella, onderzoeker bij Diergeneeskunde aan de Universiteit Utrecht. Hij is gespecialiseerd in voortplantingsbiologie, en was niet betrokken bij het huidige onderzoek. „Het nieuwe aan de Chinese studie is dat dna is gebruikt uit spermacellen van twee verschillende muizenmannetjes.”

Nieuw is ook dat de Chinezen succesvol de zogeheten ‘epigenetische controle’ van de samengesmolten cellen hebben overgenomen, vervolgt Gadella. De Chinezen hebben zeven regio’s geïdentificeerd die er samen voor zorgen dat eventueel samengesmolten mannelijke – of vrouwelijke – geslachtscellen niet uitgroeien tot een embryo. Die regio’s hebben ze epigenetisch gemodificeerd met de knip- en plaktechniek CRISPR-Cas, zodat er wél embryo’s konden groeien met alleen vaders.

Drie-ouderembryo’s

„Maar let wel: eigenlijk is hier sprake van drie-ouderembryo’s”, merkt Gadella op. „De onderzoekers hebben eerst het celkern-dna verwijderd uit eicellen van vrouwelijke muizen. Vervolgens hebben ze daarin het dna geïnjecteerd van twee spermakoppen van twee verschillende mannelijke muizen.” Maar in de mitochondriën, de ‘energiefabriekjes’ van de eicel, zat nog wel steeds mitochondriaal dna van de moedermuizen.

In totaal 259 op die manier bevruchte eicellen zijn vervolgens in de baarmoeders van achttien vrouwtjesmuizen geplaatst. Zestien daarvan werden daadwerkelijk drachtig en hieruit werden drie levende mannelijke jongen geboren, waarvan er eentje snel overleed. De overige twee ‘androgene’ (alleen uit vaders geboren) muizen groeiden op, werden volwassen én kregen vervolgens zelfs gezonde nakomelingen.

„Het maken van zulke androgene muizen is erg inefficiënt”, merkt Gadella op. „Het gaat hier meer om dat we te weten komen hoe de epigenetica de mannelijke en de vrouwelijke geslachtscellen stuurt, en waarom twee mannelijke of twee vrouwelijke geslachtscellen normaliter niet tot nakomelingen leiden.”

Bij mensen en bij andere dieren zijn er allerlei epigenetische afwijkingen die kunnen optreden in het vroege embryo en die mogelijk ten grondslag liggen aan onvruchtbaarheid of een miskraam. Gadella: „Door meer inzichten te krijgen in wat er in het epigenoom plaatsvindt, en dat te kunnen herstellen met dergelijke ‘epigenoom-editing’, kunnen we op termijn misschien behandelingen ontwikkelen tegen bepaalde vormen van onvruchtbaarheid.”

De wetenschappelijke waarde ligt nu dus vooral in het vergaren van kennis, en niet in het produceren van dieren – of mensen – met alleen vaders. „Als deze techniek in de toekomst al wordt toegestaan bij de mens, dan zou je die kunnen gebruiken om kinderen te verwekken met genetische eigenschappen van twee vaders”, aldus Gadella. „De mitochondriën en de eicel-zonder-celkern zijn dan wel van een moeder. En er zal ook een draagmoeder nodig zijn. Maar deze techniek zal eerst efficiënter en absoluut veiliger moeten worden voordat we überhaupt die richting kunnen gaan denken.”